KR102013796B1 - 액체 금속을 이용한 도전성 패턴 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

도전성 패턴 기판 및 도전성 패턴 기판의 제조 방법이 제공된다. 상기 도전성 패턴 기판은 베이스 기판; 상기 베이스 기판의 상면 상에 배치된 액체 금속 도전성 패턴; 및 상기 도전성 패턴의 측면과 맞닿고, 상기 도전성 패턴의 측면 상에 배치된 금속 산화물 입자를 포함한다.

Description

액체 금속을 이용한 도전성 패턴 기판 및 그 제조 방법{CONDUCTIVE PATTERN SUBSTRATE AND METHOD OF PREPARING THE SAME}

본 발명은 액체 금속을 이용한 도전성 패턴 기판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액체 금속을 이용하여 형성된 도전성 패턴을 포함하는 도전성 패턴 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근 IoT 기술 발전에 힘입어 다양한 센서 디바이스가 개발되고 있다. 예를 들어, 인간 등의 동물에 부착되는 생체 모니터링 디바이스는 체표면에 부착되어 체액 성분을 측정하거나, 체온 정보, 심박 정보, 위치 정보 및 기타 다양한 정보들을 수집하고 수집된 정보를 바탕으로 신체 활동을 관리할 수 있다. 다른 예를 들어, 식품에 부착되는 식품 안전 모니터링 디바이스는 식품의 유통 이력과 품질 등에 대한 정보를 수집하여 식품 안정성을 확보하고, 국민 건강 증진에 기여할 수 있다.

이러한 센서 디바이스는 구비되는 표면에 따라 다양한 특성을 만족하여야 한다. 전술한 생체 모니터링 또는 식품 모니터링 디바이스의 경우, 센서 디바이스가 부착되는 대상 표면이 곡면이고, 나아가 대상 표면이 유동적이어서 대상 표면과 센서 디바이스 간의 밀착성이 불량할 경우 센싱 감도가 현저하게 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 완전한 유연성(flexibility)을 갖는 센서 디바이스의 구현을 위한 기술의 개발이 절실하게 요구되고 있다.

유연성을 갖는 센서 디바이스, 나아가 유연성을 갖는 회로 기판을 구현하기 위한 한가지 방법으로 액체 금속을 이용한 도전성 패턴의 형성을 예로 들 수 있다.

미국등록특허 US 9,945,739 B2 (2018.04.17.) 미국등록특허 US 10,184,779 B2 (2019.01.22.) 미국등록특허 US 8,826,747 B2 (2014.09.09.) 미국공개특허 US 2019-0003818 A1 (2019.01.03.) 미국공개특허 US 2018-0192911 A1 (2018.07.12.) 미국공개특허 US 2018-0305563 A1 (2018.10.25.) 미국공개특허 US 2017-0312849 A1 (2017.11.02.)

특허문헌 1(US 9,945,739 B2)은 비정질 금속을 이용한 압력 및 온도 센서를 개시한다. 구체적으로, 특허문헌 1은 전자 피부용도로 사용할 수 있도록 스트레처블(stretchable)한 특성을 갖는 센서 디바이스를 개시한다. 특허문헌 1은 유연한 센서를 구현하기 위해 비정질 금속 및 이의 합금을 이용하여 디바이스의 배선을 형성하고 있으나, 특허문헌 1의 센서 디바이스 또한 유연성이 개선된 금속층을 이용하는 정도에 그치고 있으며, 디바이스가 구부러지는 정도가 크거나, 완전히 폴딩될 경우 배선이 파손되는 문제를 여전히 가지고 있다.

또, 특허문헌 2(US 10,184,779 B2)는 인공 근육이나 인공 피부 등 메디컬 재료 분야 등 신축성을 갖는 센서에 사용되는 신축성 전극 및 센서 시트 등을 개시한다. 특허문헌 2는 다층 카본나노튜브를 이용한 섬유를 이용하여 전극 본체를 형성함을 교시한다. 그러나 특허문헌 2의 카본나노튜브는 국부적인 전극 형성이 가능하다 하더라도 배선 등을 형성하기 극히 어려운 한계가 있다.

그 외에도 특허문헌 3(US 8,826,747 B2), 특허문헌 4(US 2019-0003818 A1) 및 특허문헌 5(US 2018-0192911 A1) 등과 같이 유연성 센서 디바이스를 구현하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다.

또한 특허문헌 6(US 2018-0305563 A1)에서 액체 금속 혼합물을 이용하여 도전성 패턴을 형성하는 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 6에서는 액체 금속 혼합물을 누르거나 가열하는 방법 등을 통해 도전성 패턴을 형성함을 개시한다.

그 외에 액체 금속을 이용하여 도전성 패턴을 형성하기 위해 액체 금속을 잉크젯과 같이 토출하는 방법이 개발된 바 있다. 예를 들어 특허문헌 7(US 2017-0312849 A1)은 액체 금속을 사출 내지는 토출하기 위한 압출기가 개시되어 있다.

한편, 센서 등의 전자 디바이스는 다양한 능동 소자 및 수동 소자를 이용하여 구성된 전자 회로로 구성되어 있다. 그러나 전자 회로를 이루는 도전성 패턴, 즉 배선 부분이 부분적으로 파손되거나, 변형될 경우 전자 디바이스가 안정적인 특성을 나타내지 못하고 산업상 이용하기 어렵다. 따라서 상온에서 액체 상태를 유지하는 액체 금속을 이용하여 안정한 도전성 패턴을 형성하는 기술은 무척 중요하다.

그러나 종래의 기술들은 대부분 기판에 형성된 트렌치에 액체 금속을 주입하는 수준에 그치고 있으며, 이 경우 자유로운 패턴 형상의 형성이 어려울 뿐 아니라 패턴 형성 공정에 있어 여러 제약이 존재한다. 이러한 이유로 액체 금속을 이용한 도전성 패턴은 기존의 증착 등을 통해 형성되는 금속 배선을 대체할 수 없는 실정이다. 뿐만 아니라 액체 금속이 갖는 자체의 유동성으로 인해 미세 패턴을 형성하기 어렵고, 미세 패턴을 형성하더라도 인접한 패턴 간의 전기적 영향력이 존재하는 문제가 있다.

이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래 기술에 비해 공정성이 개선되어 자유로운 패턴 형성이 가능한 도전성 패턴 기판을 제공하는 것이다. 또, 미세한 패턴을 가짐에도 불구하고, 인접한 패턴 간의 전기적 영향력이 최소화된 도전성 패턴 기판을 제공하는 것이다.

또, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 상온에서 액체 상태를 유지하여 취급이 쉽지 않은 액체 금속을 이용한 도전성 패턴 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.

나아가, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 상온에서 액체 상태를 유지하여 취급이 쉽지 않은 액체 금속의 입자화 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 도전성 패턴 기판은, 베이스 기판; 상기 베이스 기판의 상면 상에 배치된 액체 금속 도전성 패턴; 및 상기 도전성 패턴의 측면과 맞닿고, 상기 도전성 패턴의 측면 상에 배치된 금속 산화물 입자를 포함한다.

상기 금속 산화물 입자는 표면의 산화막에 의해 내부의 액체 금속이 캡슐레이션된 액체금속-산화막 나노입자일 수 있다.

여기서, 상기 액체 금속 도전성 패턴의 조성과, 상기 금속 산화물 입자 내부의 액체 금속의 조성은 실질적으로 동일할 수 있다.

몇몇 실시예에서 도전성 패턴 기판은 상기 도전성 패턴 상에 배치되고, 상기 베이스 기판, 상기 도전성 패턴 및 상기 금속 산화물 입자와 맞닿는 보호층을 더 포함할 수 있다.

상기 베이스 기판의 상면은 평평한 상태이고, 평면 시점에서, 서로 인접한 도전성 패턴 사이에는 상기 보호층이 위치할 수 있다.

또, 상기 도전성 패턴은, 제1 방향으로 연장된 제1 부분, 상기 제1 부분으로부터 연장되고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 제2 부분, 및 상기 제2 부분으로부터 연장되고, 상기 제2 방향과 교차하는 방향으로 연장된 제3 부분을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 베이스 기판의 상면은 상기 제1 부분과 상기 제3 부분의 사이의 이격 공간을 통해 적어도 부분적으로 노출될 수 있다.

상기 도전성 패턴은, 상호 이격되어 비도통 상태인 제1 도전성 패턴 및 제2 도전성 패턴을 포함할 수 있다.

상기 제1 도전성 패턴은, 제1 방향으로 연장된 제1 부분, 상기 제1 부분으로부터 연장되고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 제2 부분, 및 상기 제2 부분으로부터 연장되고, 상기 제2 방향과 교차하는 방향으로 연장된 제3 부분을 포함할 수 있다.

또, 상기 제2 도전성 패턴은, 상기 제1 방향으로 연장된 제1 부분, 상기 제1 부분으로부터 연장되고, 상기 제2 방향으로 연장된 제2 부분, 및 상기 제2 부분으로부터 연장되고, 상기 제2 방향과 교차하는 방향으로 연장된 제3 부분을 포함할 수 있다.

평면 시점에서, 상기 제1 도전성 패턴의 제1 부분은, 상기 제2 도전성 패턴의 제1 부분과 제3 부분 사이에 위치할 수 있다.

또한, 평면 시점에서, 상기 제1 도전성 패턴의 제3 부분은, 상기 제1 도전성 패턴의 제1 부분과 상기 제2 도전성 패턴의 제3 부분 사이에 위치할 수 있다.

나아가, 상기 제1 도전성 패턴의 제1 부분과 상기 제1 도전성 패턴의 제3 부분 사이에는 액체금속-산화막 나노입자가 충진되어 상기 베이스 기판을 커버할 수 있다.

상기 베이스 기판의 상면은, 상기 제1 도전성 패턴의 제1 부분과 상기 제2 도전성 패턴의 제1 부분 사이의 이격 공간을 통해 노출될 수 있다.

또, 상기 베이스 기판의 상면은, 상기 제1 도전성 패턴의 제3 부분과 상기 제2 도전성 패턴의 제3 부분 사이의 이격 공간을 통해 노출될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 도전성 패턴 기판은 상기 도전성 패턴 상에 배치되고, 상기 제1 도전성 패턴과 상기 제2 도전성 패턴 사이의 이격 공간과 중첩하지 않도록 배치된 제1 보호층; 및 상기 제1 보호층 상에 배치되고, 상기 제1 도전성 패턴 및 상기 제2 도전성 패턴 사이의 이격 공간과 중첩하며, 상기 제1 도전성 패턴, 상기 제2 도전성 패턴, 상기 베이스 기판 및 상기 제1 보호층과 맞닿아 배치되는 제2 보호층을 더 포함할 수 있다.

상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 도전성 패턴 기판의 제조 방법은, 베이스 기판 상에 금속 나노입자를 도포하는 단계; 팁을 이용하여 도전성 패턴을 형성하는 단계로서, 상기 팁으로 상기 금속 나노입자를 부분적으로 가압하여 상기 금속 나노입자의 일부를 액체화시키고, 상기 액체화된 부분이 도전성을 갖는 도전성 패턴을 형성하는 단계; 및 액체화되지 않은 잔여 금속 나노입자를 제거하는 단계를 포함한다.

상기 금속 나노입자는 표면의 산화막에 의해 내부의 액체 금속이 캡슐레이션된 액체금속-산화막 나노입자일 수 있다.

또, 상기 금속 나노입자의 평균 입도는 100nm 내지 300nm일 수 있다.

상기 잔여 금속 나노입자를 제거하는 단계에서, 상기 베이스 기판의 표면은 적어도 부분적으로 노출될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 도전성 패턴 기판의 제조 방법은, 상기 도전성 패턴을 형성하는 단계와 상기 잔여 금속 나노입자를 제거하는 단계 사이에, 액체화되지 않은 잔여 금속 나노입자들 중 일부와 중첩하고, 액체화되지 않은 잔여 금속 나노입자들 중 나머지 일부와 중첩하지 않도록 배치되는 제1 보호층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 잔여 금속 나노입자를 제거하는 단계에서, 상기 제1 보호층과 중첩하는 금속 나노입자는 제거되지 않고, 상기 제1 보호층과 중첩하지 않는 금속 나노입자는 제거될 수 있다.

몇몇 실시예에서, 도전성 패턴 기판의 제조 방법은 상기 잔여 금속 나노입자를 제거하는 단계 후에, 상기 도전성 패턴, 상기 베이스 기판 및 상기 제1 보호층과 맞닿는 제2 보호층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 또 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 금속의 입자화 방법은, 알코올 용액에 액체 금속을 혼합하는 단계; 및 상기 혼합물을 초음파 처리하여, 표면에 산화막이 형성되어 액체 금속이 캡슐레이션된 액체금속-산화막 나노입자를 형성하는 단계를 포함한다.

몇몇 실시예에서 액체 금속의 입자화 방법은 상기 알코올 용액에 100nm 내지 400nm의 금속 입자를 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다.

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명에 포함되어 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 액체 금속을 이용한 도전성 패턴이 형성되는 공간, 즉 베이스 기판에 별도의 트렌치를 형성하지 않고도 자유로운 형태의 도전성 패턴이 형성된 도전성 패턴 기판, 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

또, 액체 금속을 이용함에도 불구하고 측면에 배치된 금속 산화물 입자를 포함하여 인접한 도전성 패턴 간의 전기적 영향을 최소화할 수 있고, 이를 통해 보다 미세 패턴을 형성할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도전성 패턴 기판의 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도전성 패턴 기판의 평면도이다.
도 4는 도 3의 B-B' 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도전성 패턴 기판의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 도 5의 액체 금속을 입자화하는 단계를 상세하게 나타낸 순서도이다.
도 7 내지 도 9는 도 6의 액체 금속을 입자화하는 단계를 설명하기 위한 도면들이다.
도 10은 입자화된 액체 금속을 나타낸 모식도이다.
도 11 내지 도 23은 도 5의 도전성 패턴 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 24는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도전성 패턴 기판의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 25 내지 도 29는 도 24의 도전성 패턴 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 30 및 도 31은 실험예에 따른 도전성 패턴의 이미지들이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

공간적으로 상대적인 용어인 '위(above)', '상부(upper)', '상(on)', '아래(below)', '아래(beneath)', '하부(lower)' 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 '아래(below 또는 beneath)'로 기술된 소자는 다른 소자의 '위(above)'에 놓일 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 '아래'는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, '및/또는'은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. '내지'를 사용하여 나타낸 수치 범위는 그 앞과 뒤에 기재된 값을 각각 하한과 상한으로서 포함하는 수치 범위를 나타낸다. '약' 또는 '대략'은 그 뒤에 기재된 값 또는 수치 범위의 20% 이내의 값 또는 수치 범위를 의미한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

본 명세서에서, 제1 방향(X)은 평면 내 임의의 방향을 의미하고, 제2 방향(Y)은 상기 평면 내에서 제1 방향(X)과 교차하는 다른 방향을 의미한다. 또, 제3 방향(Z)은 상기 평면과 수직한 방향을 의미한다. 다르게 정의되지 않는 한, '평면'은 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)이 속하는 평면을 의미한다. 또, 다르게 정의되지 않는 한, '중첩'은 상기 평면 시점에서 제3 방향(Z)으로 중첩하는 것을 의미한다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도전성 패턴 기판(1)의 평면도이다. 도 2는 도 1의 A-A' 선을 따라 절개한 단면도로서, 보다 구체적으로 도전성 패턴(201)을 부분적으로 제1 방향(X)을 따라 절개한 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 도전성 패턴 기판(1)은 베이스 기판(100) 및 베이스 기판(100) 상에 배치된 도전성 패턴(201)을 포함한다. 도 1은 도전성 패턴(201)이 평면 시점에서 대략 제1 방향(X)으로 연장되되, 제2 방향(Y)으로의 지그재그 형상을 가진 저항 소자를 형성하는 경우를 예시하고 있으나 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다. 이 경우 도전성 패턴(201)의 제1 방향(X) 일단과 타단이 각각 외부의 다른 구성요소, 예컨대 전자 회로 기기 내지는 선로 등과 전기적으로 연결될 수 있다. 도면으로 표현하지 않았으나, 도전성 패턴(201)의 제1 방향(X) 일단과 타단은 부분적으로 확장되어 접점 패드부를 형성할 수도 있다.

베이스 기판(100)은 도전성 패턴(201)이 배치되기 위한 공간을 제공할 수 있다. 즉, 베이스 기판(100)은 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)이 속하는 평면 공간을 제공할 수 있다. 베이스 기판(100)의 상면은 실질적으로 평평한 상태 내지는 평탄한 상태를 가질 수 있다.

베이스 기판(100)은 도전성 패턴(201)을 안정적으로 지지할 수 있으면 그 재료는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 유연성(flexibility), 신축성(stretchability), 폴더블(foldable) 및/또는 롤러블(rollable) 특성을 갖는 재료로 이루어질 수 있다. 구체적인 예를 들어, 베이스 기판(100)은 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리아크릴레이트, 폴리이미드 등의 고분자 수지로 이루어질 수 있다. 다른 예를 들어, 베이스 기판(100)은 종이 등의 재료로 이루어질 수도 있다. 이 경우 베이스 기판(100)은 소정의 액체 투과성을 가질 수도 있다.

베이스 기판(100) 상에는 액체 금속을 포함하는 액체 금속 도전성 패턴(201)이 배치될 수 있다. 상기 액체 금속은 갈륨 및 인듐을 포함하는 복합 조성의 액체 금속일 수 있다. 평면 시점에서 도전성 패턴(201)은 소정의 형상을 가지고, 그 패턴의 형상으로 인해 도전성 패턴(201)은 고유한 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 일 방향으로 연장된 도전성 패턴(201)은 전기적 선로로서 기능할 수 있다. 다른 예를 들어, 도전성 패턴(201)이 지그재그 형상을 가질 경우 저항 소자로서 기능할 수 있다. 도 2에서 표현된 세 개의 도전성 패턴(201) 부분은 각각 제2 방향(Y)으로 연장된 부분이고, 서로 제1 방향(X)으로 인접 배치된 부분일 수 있다.

단면 시점에서(예컨대, 도 2와 같이 제1 방향(X)을 따라 절개한 단면 상에서), 도전성 패턴(201)의 폭은 변화할 수 있다. 전술한 것과 같이 도전성 패턴(201)은 상온에서 액체 상태를 유지하는 액체 금속을 포함하여 이루어질 수 있고 액체 금속과 베이스 기판(100) 간의 표면 장력 및 계면 장력으로 인해 소정의 형상을 가질 수 있다. 이에 따라 도전성 패턴(201)과 베이스 기판(100)의 접촉점에서 도전성 패턴(201)의 측면은 소정의 접촉각을 이룰 수 있다. 비제한적인 일례로, 도전성 패턴(201)과 베이스 기판(100)의 접촉각은 90도 이상의 역경사를 가질 수 있고, 도전성 패턴(201)은 제3 방향(Z)을 따라 폭이 점차 증가하다 다시 감소하는 형태를 이룰 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

예시적인 실시예에서, 도전성 패턴 기판(1)은 도전성 패턴(201)의 측면 상에 배치된 금속 산화물 입자(301)들을 포함할 수 있다. 금속 산화물 입자(301)는 도전성 패턴(201)의 측면을 적어도 부분적으로 커버할 수 있다. 예를 들어, 금속 산화물 입자(301)는 도전성 패턴(201) 측면 면적의 약 50% 이상, 또는 약 60% 이상, 또는 약 70% 이상, 또는 약 80% 이상, 또는 약 90% 이상, 또는 약 95% 이상을 커버할 수 있다. 또, 금속 산화물 입자(301)는 도전성 패턴(201)과 맞닿아 배치될 수 있다.

도전성 패턴(201)의 측면 상에 배치된 금속 산화물 입자(301)는 인접한 도전성 패턴(201)들이 서로 간에 미치는 전기적 영향을 최소화할 수 있다. 특히 상온에서 액체 상태를 갖는 도전성 패턴(201)은 온도 등의 주변 환경에 따른 전기적 특성의 변화가 상대적으로 심할 수 있다. 예를 들어, 인접한 다른 전기적 선로에 흐르는 전류는 액체 금속 도전성 패턴(201)의 전기적 특성에 영향을 미칠 수 있다. 본 실시예에 따른 도전성 패턴 기판(1)은 도전성 패턴(201)의 측면 상에 전기적 절연성을 가지고 배리어 기능을 수행할 수 있는 금속 산화물 입자(301)를 배치하여 도전성 패턴(201)의 측면의 노출 면적을 감소시킴으로써 이러한 문제를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도면으로 표현하지 않았으나, 금속 산화물 입자(301)는 표면의 산화막에 의해 내부의 액체 금속이 캡슐레이션된 액체금속-산화물 나노입자일 수 있다. 다시 말해서, 금속 산화물 입자(301)는 중앙부에 상온에서 액체 상태를 유지하는 액체 금속 액적(droplet)이 위치하고, 상기 액체 금속 액적을 둘러싸는 산화막이 형성된 상태의 금속 산화물 입자일 수 있다. 또, 금속 산화물 입자(301)의 중앙의 액체 금속의 조성은 도전성 패턴(201)을 이루는 액체 금속의 조성과 실질적으로 동일할 수 있다.

도전성 패턴(201)의 측면 상에 맞닿아 배치된 금속 산화물 입자(301)는 다양한 크기를 가질 수 있다. 금속 산화물 입자(301)의 평균 입도는 약 100nm 내지 300nm 범위 내에 있을 수 있다. 금속 산화물 입자(301)의 평균 입도에 대해서는 상세하게 후술한다.

또, 베이스 기판(100)은 인접한 도전성 패턴(201) 사이의 이격 공간을 통해 노출된 상태일 수 있다. 예컨대, 도전성 패턴(201)은 제2 방향(Y)으로 연장된 제1 부분, 제1 부분으로부터 제1 방향(X)으로 연장된 제2 부분 및 제2 부분으로부터 다시 제2 방향(Y)으로 연장된 제3 부분을 포함하되, 베이스 기판(100)의 상면은 상기 제1 부분과 상기 제3 부분의 이격 공간을 통해 노출된 상태일 수 있다.

몇몇 실시예에서, 제1 방향(X)을 따라 인접한 도전성 패턴(201) 간의 이격 거리는 도전성 패턴(201)의 제1 방향(X)으로의 폭 보다 작을 수 있다. 전술한 바와 같이 본 실시예에 따른 도전성 패턴 기판(1)은 도전성 패턴(201)의 측면 상에 배치된 금속 산화물 입자(301)를 포함하고, 이에 따라 제1 방향(X)으로 인접한 도전성 패턴(201)들이 서로 미치는 전기적 영향을 최소화할 수 있다. 따라서 액체 금속을 이용하여 미세한 폭 등을 갖는 미소 패턴을 형성하는 경우에도 안정적인 전기적 선로 기능을 구현할 수 있다.

도전성 패턴 기판(1)은 도전성 패턴(201) 상에 배치된 보호층(411)을 더 포함할 수 있다. 보호층(411)은 액체 금속 도전성 패턴(201), 베이스 기판(100) 및 금속 산화물 입자(301)와 모두 맞닿도록 배치될 수 있다. 보호층(411)은 상온에서 액체 상태를 유지하는 도전성 패턴(201)과 그 측면 상에 위치한 금속 산화물 입자(301)를 보호할 수 있다. 즉, 보호층(411)은 도전성 패턴(201)의 상면 뿐 아니라 측면까지 커버할 수 있고, 서로 인접한 도전성 패턴(201) 사이에는 적어도 부분적으로 보호층(411)이 위치할 수 있다. 보호층(411)의 재료는 특별히 제한되지 않으나, 폴리디메틸실록산, 폴리아크릴레이트, 폴리이미드 등의 고분자 수지로 이루어질 수 있다.

본 실시예에 따른 도전성 패턴 기판(1)은 도전성 패턴(201)의 측면을 적어도 부분적으로 커버하는 금속 산화물 입자(301)를 포함하여 인접한 도전성 패턴(201) 간의 전기적 영향을 최소화할 수 있는 효과가 있다. 또한 베이스 기판(100)의 상면이 실질적으로 평평함에도 불구하고 안정적으로 액체 금속 도전성 패턴(201)을 형성할 수 있다.

이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 도전성 패턴 기판에 대하여 설명한다. 다만, 앞서 설명한 도 1 등의 실시예에 따른 도전성 패턴 기판(1)과 실질적으로 동일한 구성 내지는 자명한 변경이 가해진 구성에 대한 설명은 생략하며, 이는 첨부된 도면으로부터 본 기술분야에 속하는 통상의 기술자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도전성 패턴 기판의 평면도이다. 도 4는 도 3의 B-B' 선을 따라 절개한 단면도로서, 보다 구체적으로 도전성 패턴을 부분적으로 제2 방향(Y)을 따라 절개한 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 도전성 패턴 기판(2)은 서로 이격된 제1 도전성 패턴(210) 및 제2 도전성 패턴(220)을 포함하여 커패시터 소자 기판을 형성하는 점이 도 1 등의 실시예에 따른 도전성 패턴 기판(1)과 상이한 점이다.

도전성 패턴 기판(2)은 베이스 기판(100) 및 베이스 기판(100) 상에 배치된 도전성 패턴(202)을 포함하되, 도전성 패턴(202)은 서로 이격된 제1 도전성 패턴(210) 및 제2 도전성 패턴(220)을 포함할 수 있다. 제1 도전성 패턴(210) 및 제2 도전성 패턴(220)은 각각 액체 금속을 포함하여 이루어질 수 있다. 제1 도전성 패턴(210) 및 제2 도전성 패턴(220)은 실질적으로 하나의 공정을 통해 형성되고, 실질적으로 동일한 층에 위치할 수 있다. 제1 도전성 패턴(210)과 제2 도전성 패턴(220)은 각각 커패시터 소자의 일측과 타측 단자를 형성할 수 있다.

구체적으로, 평면 시점에서, 제1 도전성 패턴(210)과 제2 도전성 패턴(220)은 각각 대략 'S'자 형상을 가지며 일정한 간격을 가지고 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)으로 이격된 상태일 수 있다.

예시적인 실시예에서, 제1 도전성 패턴(210)은 제1 방향(X)(도 3 기준 가로 방향)으로 연장된 제1 패턴의 제1 부분(211), 제1 패턴의 제1 부분(211)으로부터 제2 방향(Y)(도 3 기준 세로 방향)으로 연장된 제1 패턴의 제2 부분(212) 및 제1 패턴의 제2 부분(212)으로부터 다시 제1 방향(X)으로 연장된 제1 패턴의 제3 부분(213)을 포함할 수 있다.

마찬가지로, 제2 도전성 패턴(220)은 제1 방향(X)으로 연장된 제2 패턴의 제1 부분(221), 제2 패턴의 제1 부분(221)으로부터 제2 방향(Y)으로 연장된 제2 패턴의 제2 부분(222) 및 제2 패턴의 제2 부분(222)으로부터 다시 제1 방향(X)으로 연장된 제2 패턴의 제3 부분(223)을 포함할 수 있다. 제2 패턴의 제1 부분(221)은 부분적으로 제1 패턴의 제1 부분(211)과 제2 방향(Y)으로 대면하고, 제2 패턴의 제2 부분(222)은 부분적으로 제1 패턴의 제2 부분(212)과 제1 방향(X)으로 대면하며, 제2 패턴의 제3 부분(223)은 부분적으로 제1 패턴의 제3 부분(213)과 제2 방향(Y)으로 대면할 수 있다.

평면 시점에서, 제1 패턴의 제1 부분(211)은 제2 패턴의 제1 부분(221)과 제2 패턴의 제3 부분(223) 사이에 위치할 수 있다. 또, 평면 시점에서, 제1 패턴의 제3 부분(213)은 제1 패턴의 제1 부분(211)과 제2 패턴의 제3 부분(223) 사이에 위치할 수 있다.

다시 말해서, 제2 도전성 패턴(220)의 제1 부분 내지 제3 부분(221, 222, 223)은 제1 방향(X) 일측(예컨대, 우측)으로 만입된 부분을 형성하고, 제1 도전성 패턴(210)의 제1 부분 내지는 제3 부분(211, 212, 213)은 제1 방향(X) 일측(예컨대, 우측)으로 돌출된 부분을 형성하며, 제1 도전성 패턴(210)의 돌출된 부분이 제2 도전성 패턴(220)의 만입된 부분에 삽입된 형태일 수 있다. 이를 통해 제1 도전성 패턴(210)과 제2 도전성 패턴(220) 사이의 대면 면적을 증가시킬 수 있고, 제1 도전성 패턴(210)과 제2 도전성 패턴(220) 사이의 부분의 유전성에 의해 제1 도전성 패턴(210)과 제2 도전성 패턴(220)은 커패시터 소자로서 기능할 수 있다.

제1 도전성 패턴(210)의 일단 및 제2 도전성 패턴(220)의 타단은 각각 외부의 다른 구성요소, 예컨대 전자 회로 기기 내지는 선로 등과 전기적으로 연결될 수 있다. 도면으로 표현하지 않았으나, 제1 도전성 패턴(210)의 일단과 제2 도전성 패턴(220)의 타단은 부분적으로 확장되어 접점 패드부를 형성할 수도 있다. 또, 단면 시점에서(예컨대, 도 4와 같이 제2 방향(Y)을 따라 절개한 단면 상에서), 도전성 패턴(202)의 폭은 제3 방향(Z)을 따라 점차 증가하다가 감소하는 형태일 수 있다.

도 4에서 표현된 네 개의 도전성 패턴들, 즉 제1 패턴의 제1 부분(211), 제1 패턴의 제3 부분(213), 제2 패턴의 제1 부분(221) 및 제2 패턴의 제3 부분(223)은 각각 제1 방향(X)으로 연장된 부분이고, 서로 제2 방향(Y)으로 인접 배치된 부분일 수 있다.

도전성 패턴 기판(2)은 도전성 패턴(202)의 측면 상에 배치된 금속 산화물 입자(302)들을 포함할 수 있다. 금속 산화물 입자(302)는 제1 패턴의 제1 부분(211), 제1 패턴의 제3 부분(213), 제2 패턴의 제1 부분(221) 및 제2 패턴의 제3 부분(223)의 측면을 부분적으로 커버할 수 있다.

예시적인 실시예에서, 금속 산화물 입자들은 제1 패턴의 제1 부분(211)과 제1 패턴의 제3 부분(213) 사이를 충진하여 충진부(332)를 형성한 상태일 수 있다. 즉, 제1 패턴의 제1 부분(211)과 제1 패턴의 제3 부분(213) 사이의 금속 산화물 입자는 충진부(332)를 형성하여 베이스 기판(100)의 상면을 커버하고 있을 수 있다.

반면, 제1 패턴의 제1 부분(211)과 제2 패턴의 제1 부분(221)의 사이 및 제1 패턴의 제3 부분(213)과 제2 패턴의 제3 부분(223)의 사이에는 금속 산화물 입자(302)가 충진되지 않고, 베이스 기판(100)의 상면이 노출된 상태일 수 있다.

앞서 설명한 것과 같이 액체 금속을 포함하는 제1 도전성 패턴(210)과 제2 도전성 패턴(220)이 커패시터 소자를 형성하고, 각각 'S' 자 형상으로 배치된 경우, 제1 도전성 패턴(210)과 제2 도전성 패턴(220) 사이의 이격 공간의 유전율에 의해 커패시터 소자로서 기능할 수 있다. 즉, 제1 패턴의 제1 부분(211)과 제2 패턴의 제1 부분(221) 사이 및 제1 패턴의 제3 부분(213)과 제2 패턴의 제3 부분(223) 사이는 전하가 축적되는 부분일 수 있다. 단면도로 표현하지 않았으나, 제1 패턴의 제2 부분(212)과 제2 패턴의 제2 부분(222) 사이 또한 전하가 축적되는 부분일 수 있다. 반면, 제1 패턴의 제1 부분(211)과 제1 패턴의 제3 부분(213) 사이에 전하가 축적되는 것은 바람직하지 못하다.

따라서 본 실시예에 따른 도전성 패턴 기판(2)은 제1 패턴의 제1 부분(211)과 제1 패턴의 제3 부분(213) 사이에는 금속 산화물 입자의 충진부(332)를 형성하여 제1 도전성 패턴(210)의 인접한 부분 간에 미치는 전기적 영향을 억제할 수 있다. 동시에 제1 패턴의 제1 부분(211)과 제2 패턴의 제1 부분(221) 사이, 및 제1 패턴의 제3 부분(213)과 제2 패턴의 제3 부분(223) 사이에는 충진부를 형성하지 않음으로서 커패시터 소자 기능을 극대화할 수 있다.

예시적인 실시예에서, 도전성 패턴 기판(2)은 제1 보호층(432) 및 제2 보호층(412)을 더 포함할 수 있다.

제1 보호층(432)은 평면 시점에서, 특정 위치 상에만 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 보호층(432)은 적어도 부분적으로 제1 도전성 패턴(210) 및/또는 제2 도전성 패턴(220)과 중첩하도록 배치되되, 제1 도전성 패턴(210)과 제2 도전성 패턴(220) 사이의 이격 공간과 중첩하지 않도록 배치될 수 있다. 다시 말해서, 제1 보호층(432)은 충진부(332)와 중첩하도록 배치될 수 있다. 제1 보호층(432)은 제1 패턴의 제1 부분(211)과 제1 패턴의 제3 부분(213) 사이에 위치하는 금속 산화물 입자 충진부(332)를 보호하는 층일 수 있다. 제1 보호층(432)은 도전성 패턴(202) 및 충진부(332)와 맞닿아 배치되되, 제1 도전성 패턴(210) 및 제2 도전성 패턴(220)의 측면 상에 배치된 금속 산화물 입자(302)와는 맞닿지 않도록 배치될 수 있다.

반면, 제2 보호층(412)은 제1 보호층(432) 상에 배치되고, 베이스 기판(100)의 전면(全面)에 걸쳐 배치될 수 있다. 즉 제2 보호층(412)은 제1 도전성 패턴(210) 및 제2 도전성 패턴(220)과 중첩하도록 배치되고, 제1 도전성 패턴(210)과 제2 도전성 패턴(220) 사이의 이격 공간과 중첩하도록 배치될 수 있다. 또, 제2 보호층(412)은 제1 도전성 패턴(210), 제2 도전성 패턴(220), 베이스 기판(100) 및 금속 산화물 입자(302)와 모두 맞닿도록 배치될 수 있다. 반면 제2 보호층(412)은 금속 산화물 입자 충진부(332)와 맞닿지 않을 수 있다. 도 4는 제2 보호층(412)의 상면이 소정의 단차를 형성하는 경우를 예시하고 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

제1 보호층(432) 및 제2 보호층(412)은 각각 폴리디메틸실록산, 폴리아크릴레이트, 폴리이미드 등의 고분자 수지로 이루어질 수 있다.

본 실시예에 따른 도전성 패턴 기판(2)은 도전성 패턴(202)의 측면을 적어도 부분적으로 커버하는 금속 산화물 입자(302)를 포함하여 인접한 도전성 패턴(202) 간의 전기적 영향을 최소화할 수 있다. 뿐만 아니라, 도전성 패턴(202)이 형성하는 전기적 선로에 요구되는 특성에 따라 인접한 도전성 패턴(202) 간의 전기적 영향을 완전히 차단하거나, 또는 전기적 영향이 미치도록 구성할 필요가 있다. 따라서 제1 도전성 패턴(210) 및 제2 도전성 패턴(220)을 이용하여 커패시터 소자를 형성하는 경우, 제1 도전성 패턴(210)과 제2 도전성 패턴(220) 사이에는 금속 산화물 입자 충진부를 미형성하는 반면 인접한 제1 도전성 패턴(210)의 선로들 사이에는 금속 산화물 입자 충진부(332)를 형성하여 이러한 문제를 해결할 수 있다.

본 실시예에 따른 도전성 패턴 기판(2) 및 도 1 등의 실시예에 따른 도전성 패턴 기판(1)은 커패시터 소자 및 저항 소자를 형성하는 경우를 예시하고 있으나, 액체 금속을 이용한 도전성 패턴의 형상에 따라 인덕터 소자를 형성할 수도 있다.

이하, 본 발명에 따른 도전성 패턴 기판의 제조 방법에 대하여 설명한다. 다만 전술한 구성요소와 실질적으로 동일하거나 대응되는 구성요소에 대한 설명은 생략하며, 이는 첨부된 도면으로부터 본 기술분야에 속하는 통상의 기술자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도전성 패턴 기판의 제조 방법을 나타낸 순서도이다. 도 6은 도 5의 액체 금속을 입자화하는 단계(S110)를 상세하게 나타낸 순서도이다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 도전성 패턴 기판의 제조 방법은 금속 산화물 입자, 즉 액체 금속-산화물 나노입자를 형성하는 단계(S110), 베이스 기판 상에 나노입자를 도포하는 단계(S120), 나노입자층에 패턴을 형성하는 단계(S130) 및 잔여 나노입자들을 제거하는 단계(S150)를 포함하고, 보호층을 형성하는 단계(S160)를 더 포함할 수 있다.

또, 액체 금속-산화물 나노입자를 형성하는 단계(S110)는 알코올 용액에 액체 금속을 혼합하는 단계(S101), 상기 혼합물을 초음파 처리하여 나노입자를 형성하는 단계(S103) 및 나노입자 부유물을 추출하는 단계(S104)를 포함하고, 알코올 용액에 금속 입자를 혼합하는 단계(S102)를 더 포함할 수 있다.

이하, 도 7 내지 도 23을 더 참조하여 본 발명에 따른 액체 금속의 입자화 방법 및 액체 금속을 이용한 도전성 패턴 기판의 제조 방법에 대해 보다 상세하게 설명한다.

도 7 내지 도 9는 도 6의 액체 금속을 입자화하는 단계(S110)를 설명하기 위한 도면들이다. 도 10은 입자화된 액체 금속(OP)을 나타낸 모식도이다.

우선 도 5 내지 도 7을 참조하면, 알코올 용액(510)을 준비하고 액체 금속(520)을 혼합한다(S101). 알코올 용액(510)의 종류는 특별히 제한되지 않으나, 메탄올 또는 에탄올 등을 이용할 수 있다. 알코올 용액(510)에 액체 금속(520)을 혼합한 최초 상태에서 액체 금속(520)은 분산되지 않고 덩어리 상태를 유지할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 알코올 용액(510)에 금속 입자(530)를 혼합하는 단계(S102)를 더 포함할 수 있다. 금속 입자(530)는 상온에서 고체 상태를 갖는 금속 입자일 수 있다. 금속 입자(530)의 종류는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 구리(Cu), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 금(Au), 은(Ag), 또는 이들의 합금, 또는 이들의 산화물 또는 질화물 등을 이용할 수 있다.

금속 입자(530)는 추후 초음파 처리하는 단계(S103)에서 액체 금속(520)에 전달되는 에너지를 증가시킬 수 있다. 예시적인 실시예에서, 금속 입자(530)의 평균 입도는 약 100nm 내지 400nm, 또는 약 250nm 내지 300nm일 수 있다. 본 발명자들은 알코올 용액(510)에 액체 금속(520)를 혼합하고 약 100nm 내지 400nm의 평균 입도를 갖는 금속 입자(530)를 더 혼합하여 액체 금속을 이용한 도전성 패턴을 형성하기에 용이한 입도를 갖는 액체 금속 산화물 나노입자를 형성할 수 있음을 연구하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 금속 입자(530)를 더 혼합한 경우 그렇지 않은 경우에 비해 더 작은 크기 및 균일한 입도를 갖는 액체 금속 산화물 나노입자를 형성할 수 있다. 이 같은 측면에서 금속 입자(530)의 입도는 약 100nm 내지 400nm인 것이 바람직하다. 예를 들어 금속 입자(530)의 입도가 400nm를 초과할 경우, 액체 금속 산화물 나노입자의 크기가 매우 불균일하여 수율(yield)이 저하될 수 있다.

이어서 도 8을 더 참조하면, 알코올 용액, 액체 금속 및 금속 입자(530)의 혼합물을 초음파 처리하여 액체 금속의 금속 산화물 입자(OP)를 형성한다(S103). 액체 금속의 금속 산화물 입자(OP)는 표면의 산화막에 의해 내부의 액체 금속이 캡슐레이션된 액체금속-산화물 나노입자일 수 있다. 다시 말해서, 금속 산화물 입자(OP)는 중앙부에 상온에서 액체 상태를 유지하는 액체 금속 액적이 위치하고, 상기 액체 금속 액적을 둘러싸는 산화막이 형성된 상태의 금속 산화물 입자일 수 있다. 본 단계(S103)에서 금속 산화물 입자(OP) 및 금속 입자(530)는 분산액을 형성할 수 있다.

이어서 도 9 및 도 10을 더 참조하면, 형성된 분산액을 침전시켜 부유물을 수득한다(S104). 구체적으로 분산액 중에서 금속 입자(530) 및 상대적으로 큰 크기를 갖는 금속 산화물 입자(OP)는 침전될 수 있다. 반면, 상대적으로 작은 크기를 갖는 금속 산화물 입자(OP), 예를 들어 약 100nm 내지 300nm 크기를 갖는 금속 산화물 입자(OP)는 부유 상태를 유지하여 상등액 상태로 존재할 수 있다. 도면으로 표현하지 않았으나, 추출된 금속 산화물 입자(OP)는 건조되어 분말화될 수 있다.

앞서 설명한 것과 같이 본 실시예에 따른 액체 금속의 입자화 방법에 따르면, 내부에 액체 상태를 유지하는 액체 금속 액적(LM) 및 액체 금속 액적을 둘러싸는 산화막(OL)을 포함하는 금속 산화물 입자(OP)를 제조할 수 있다. 또, 알코올 용액에 금속 입자(530)를 혼합하여 액체 금속에 전달되는 에너지를 증가시킬 수 있다. 또, 400nm 이하의 크기를 갖는 금속 입자(530)를 사용함으로써 준비되는 액체 금속의 산화물 입자(OP) 크기를 제어할 수 있고, 상대적으로 큰 크기를 갖는 금속 산화물 입자(OP)의 비중을 감소시킬 수 있다.

도 11 내지 도 23은 도 5의 도전성 패턴 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.

도 11은 도 5의 금속 산화물 입자를 도포하는 단계(S120)를 나타낸 사시도이고, 도 12는 도 11의 C-C' 선을 따라 절개한 단면도로서, 구체적으로 제2 방향(Y)을 따라 절개한 단면도이다.

도 11 및 도 12를 더 참조하면, 베이스 기판(100) 상에 액체 금속 산화물 입자, 즉 금속 산화물 입자(OP)를 도포하여 금속 산화물 입자층(600)을 형성한다(S120). 금속 산화물 입자(OP)는 건조된 분말 상태로 베이스 기판(100) 상에 도포 내지는 코팅될 수 있다. 금속 산화물 입자(OP)는 실질적으로 베이스 기판(100)의 전면(全面) 상에 도포될 수 있다.

금속 산화물 입자(OP)는 약 100nm 내지 300nm의 평균 입도를 가질 수 있다. 금속 산화물 입자(OP)의 입도가 300nm를 초과하면 후술할 바와 같이 가압 부재를 이용하여 도전성 패턴을 형성할 경우, 미세한 폭을 갖는 도전성 패턴의 형성이 어려워질 수 있다. 즉, 금속 산화물 입자(OP)가 액체화되는 순간에 유동성이 발생하고 상기 유동성으로 인해 인접한 패턴 간에 단락(shot)이 이루어지는 등의 문제가 발생할 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 도전성 패턴 기판의 제조 방법을 위해서 금속 산화물 입자(OP)의 입도가 300nm 이하일 필요가 있고, 이에 따라 알코올 용액에 금속 입자를 혼합하여 금속 산화물 입자(OP)의 입도의 제어가 필요하다.

도 13 내지 도 17은 도 5의 도전성 패턴을 형성하는 단계(S130)를 나타낸 도면들이다. 구체적으로, 도 13은 가압 부재(PN)를 이용하여 금속 산화물 입자층(610)에 부분적으로 압력을 가하는 단계를 나타낸 사시도이고, 도 14는 도 13을 제2 방향(Y)을 따라 절개한 단면도이다. 또, 도 15는 금속 산화물 입자층(610)이 부분적으로 액체화된 상태를 나타낸 사시도이고, 도 16은 도 15를 제2 방향(Y)을 따라 절개한 단면도이다. 또한 도 17은 도 15의 D-D' 선을 따라 절개한 단면도로서, 구체적으로 제1 방향(X)을 따라 절개한 단면도이다.

도 13 내지 도 17을 더 참조하면, 가압 부재(PN)를 이용하여 금속 산화물 입자층(610)의 금속 산화물 입자(OP)를 부분적으로 가압한다. 가압 부재(PN)는 팁(tip) 내지는 첨단을 갖는 철핀 등을 예로 들 수 있다. 가압 부재(PN) 하단의 팁 부분의 폭은 대략 100㎛ 내지 1,000㎛일 수 있다.

또, 가압 부재(PN)를 이용하여 최종 형성하고자 하는 도전성 패턴의 형상을 따라 금속 산화물 입자층(610)에 압력을 가할 수 있다. 도 13 및 도 15 등은 전체적으로 제1 방향(X)을 따라 연장되되, 제2 방향(Y)을 따라 지그재그 형상을 갖는 저항 소자를 형성하는 경우를 예시하고 있으나 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.

가압 부재(PN)에 의해 압력을 전달받은 금속 산화물 입자(OP)는 외부 표면의 산화막이 파괴되며 내부의 액체 상태의 액체 금속이 용출될 수 있다. 즉, 가압 부재(PN)에 의해 압력을 전달받은 금속 산화물 입자(OP)는 액체화될 수 있다. 액체화된 액체 금속 부분(201)이 추후 도전성을 갖는 도전성 패턴으로 잔존할 수 있다.

예시적인 실시예에서, 인접한 액체화된 액체 금속 부분, 즉 인접한 도전성 패턴(201)들 사이의 이격 공간에는 금속 산화물 입자(OP)가 잔존하는 상태일 수 있다.

도 18은 도 5의 잔여 금속 산화물 입자를 제거하는 단계(S150)를 나타낸 사시도이고, 도 19 및 도 20은 각각 도 18의 단면도들로서, 제2 방향(Y)을 따라 절개한 단면도 및 제1 방향(X)을 따라 절개한 단면도이다.

도 18 내지 도 20을 더 참조하면, 액체화되지 않은 잔여 금속 산화물 입자를 제거한다(S150). 즉 인접한 도전성 패턴(201)들 사이의 이격 공간에 잔존하고 있던 금속 산화물 입자를 제거한다. 이 경우 인접한 도전성 패턴(201)들 사이의 이격 공간을 통해 베이스 기판(100)의 상면이 부분적으로 노출될 수 있다. 잔여 금속 산화물 입자를 제거하는 단계(S150)는 블로잉 공정 내지는 초음파 처리 공정을 통해 수행될 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

예시적인 실시예에서, 본 단계(S150)에서 금속 산화물 입자(301) 중 적어도 일부는 제거되지 않고 잔존할 수 있다. 구체적으로 도전성 패턴(201)의 측면 상에 위치하는 금속 산화물 입자(301)는 제거되지 않고 잔존 상태를 유지할 수 있다. 즉, 금속 산화물 입자(301)는 도전성 패턴(201)의 측면을 적어도 부분적으로 커버할 수 있다.

도 21은 도 5의 보호층을 형성하는 단계(S160)를 나타낸 사시도이고, 도 22 및 도 23은 각각 도 21의 단면도들로서, 제2 방향(Y)을 따라 절개한 단면도 및 제1 방향(X)을 따라 절개한 단면도이다.

도 21 내지 도 23을 더 참조하면, 도전성 패턴(201) 및 금속 산화물 입자(301)와 맞닿도록 보호층(411)을 형성한다(S160). 보호층(411)에 대해서는 도 2 등과 함께 설명한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.

이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 도전성 패턴 기판의 제조 방법으로서, 도 3 및 도 4의 실시예에 따른 도전성 패턴 기판(2)의 제조 방법을 예로 하여 설명한다.

도 24는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도전성 패턴 기판의 제조 방법을 나타낸 순서도이다. 도 25 내지 도 29는 도 24의 도전성 패턴 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.

우선 도 24를 참조하면, 본 실시예에 따른 도전성 패턴 기판의 제조 방법은 금속 산화물 입자, 즉 액체 금속-산화물 나노입자를 형성하는 단계(S210), 베이스 기판 상에 나노입자를 도포하는 단계(S220), 나노입자층에 패턴을 형성하는 단계(S230) 및 잔여 나노입자들을 제거하는 단계(S250)를 포함하되, 도전성 패턴을 형성하는 단계(S230)와 잔여 금속 산화물 입자를 제거하는 단계(S250) 사이에 제1 보호층을 형성하는 단계(S240)를 더 포함하는 점이 도 5의 실시예에 따른 도전성 패턴 기판의 제조 방법과 상이한 점이다.

도 25는 도 24의 도전성 패턴을 형성하는 단계(S230)를 나타낸 평면도이고, 도 26은 도 25의 E-E' 선을 따라 절개한 단면도로서, 제2 방향(Y)을 따라 절개한 단면도이다.

도 25 및 도 26을 더 참조하면, 도전성 패턴(200)은 제1 도전성 패턴(210) 및 제1 도전성 패턴(210)과 이격된 제2 도전성 패턴(220)을 포함할 수 있다. 앞서 설명한 것과 같이 제1 도전성 패턴(210) 및 제2 도전성 패턴(220)은 금속 산화물 입자층에 가압 부재를 이용하여 부분적으로 압력을 가하여 형성될 수 있다.

제1 도전성 패턴(210)은 제1 방향(X)(도 25 기준 가로 방향)으로 연장된 제1 패턴의 제1 부분(211), 제1 패턴의 제1 부분(211)으로부터 제2 방향(Y)(도 25 기준 세로 방향)으로 연장된 제1 패턴의 제2 부분(212) 및 제1 패턴의 제2 부분(212)으로부터 다시 제1 방향(X)으로 연장된 제1 패턴의 제3 부분(213)을 포함할 수 있다.

마찬가지로, 제2 도전성 패턴(220)은 제1 방향(X)으로 연장된 제2 패턴의 제1 부분(221), 제2 패턴의 제1 부분(221)으로부터 제2 방향(Y)으로 연장된 제2 패턴의 제2 부분(222) 및 제2 패턴의 제2 부분(222)으로부터 다시 제1 방향(X)으로 연장된 제2 패턴의 제3 부분(223)을 포함할 수 있다.

이에 대해서는 도 3 및 도 4와 함께 설명한 바 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.

이 경우, 제1 패턴의 제1 부분(211), 제1 패턴의 제3 부분(213), 제2 패턴의 제1 부분(221) 및 제2 패턴의 제3 부분(223)의 사이에는 금속 산화물 입자(OP)가 충진된 상태일 수 있다.

도 27은 도 24의 제1 보호층(432)을 형성하는 단계(S240)를 나타낸 단면도이다.

도 27을 더 참조하면, 잔여 금속 산화물 입자(332)와 적어도 부분적으로 중첩하도록 제1 보호층(432)을 형성한다(S240). 제1 보호층(432)은 제1 패턴의 제1 부분(211)과 제1 패턴의 제3 부분(213)의 사이에 배치될 수 있다. 제1 보호층(432)의 구체적인 위치에 대해서는 도 3 및 도 4와 함께 전술한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.

도 28은 도 24의 잔여 금속 산화물을 제거하는 단계(S250)를 나타낸 단면도이다.

도 28을 더 참조하면, 액체화되지 않은 잔여 금속 산화물 입자를 제거한다(S250). 예시적인 실시예에서, 제1 패턴의 제1 부분(211)과 제1 패턴의 제3 부분(213) 사이의 잔여 금속 산화물 입자는 제1 보호층(432)에 의해 커버되어 제거되지 않고, 잔여 금속 산화물 입자에 의해 충진부(332)를 형성할 수 있다.

반면, 제1 패턴의 제1 부분(211)과 제2 패턴의 제1 부분(221)의 사이, 및 제1 패턴의 제3 부분(213)과 제2 패턴의 제3 부분(223)의 사이의 금속 산화물 입자는 제거되고, 베이스 기판(100)의 상면이 부분적으로 노출될 수 있다.

즉, 제1 보호층(432)과 중첩하는 금속 산화물 입자는 제거되지 않고, 제1 보호층(432)과 중첩하지 않는 금속 산화물 입자는 제거될 수 있다.

또, 제1 도전성 패턴(210) 및 제2 도전성 패턴(220)의 측면 상에는 금속 산화물 입자(302)가 제거되지 않고 잔존 상태를 유지할 수 있다. 즉, 금속 산화물 입자(302)는 제1 도전성 패턴(210)과 제2 도전성 패턴(220)의 측면을 적어도 부분적으로 커버할 수 있다.

도 29는 도 24의 제2 보호층(412)을 형성하는 단계(S260)를 나타낸 단면도이다.

도 29를 더 참조하면, 제1 보호층(432) 상에 제2 보호층(412)을 형성한다(S260). 제2 보호층(412)에 대해서는 도 3 및 도 4와 함께 전술한 바 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.

이하, 실험예를 더 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다.

[실험예]

폴리디메틸실록산 기판 상에 도 6의 방법에 따라 제조된 액체 금속-산화막 나노입자를 도포하였다. 그리고 철핀, 즉 마이크로-프로브 팁으로 액체 금속-산화물 나노입자층을 일직선으로 긁었다. 이를 복수번 수행하고 각 이미지를 도 30 및 도 31에 나타내었다.

그 다음 잔여 액체 금속-산화막 나노입자를 바람을 이용하여 제거하고 잔존하는 액체 금속 도전성 선로의 저항을 측정한 결과, 저항값이 0에 가까운 것을 확인할 수 있었다.

이상에서 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 도전성 패턴 기판
100: 베이스 기판
201: 액체 금속 도전성 패턴
301: 금속 산화물 입자
PN: 가압 부재

Claims (14)

1. 베이스 기판;
   상기 베이스 기판의 상면 상에 배치된 액체 금속 도전성 패턴; 및
   상기 도전성 패턴의 측면과 맞닿고, 상기 도전성 패턴의 측면 상에 배치된 금속 산화물 입자를 포함하되,
   상기 금속 산화물 입자는 표면의 산화막에 의해 내부의 액체 금속이 캡슐레이션된 액체 금속-산화막 입자이고,
   상기 도전성 패턴과 상기 금속 산화물 입자는 서로 경계를 이루면서 분리되어 있는, 도전성 패턴 기판.
2. 제1항에 있어서,
   상기 액체 금속 도전성 패턴의 조성과, 상기 금속 산화물 입자 내부의 액체 금속의 조성은 동일한, 도전성 패턴 기판.
3. 제1항에 있어서,
   상기 도전성 패턴 상에 배치되고, 상기 베이스 기판, 상기 도전성 패턴 및 상기 금속 산화물 입자와 맞닿는 보호층을 더 포함하되,
   상기 베이스 기판의 상면은 평평한 상태이고,
   평면 시점에서, 서로 인접한 도전성 패턴 사이에는 상기 보호층이 위치하는 도전성 패턴 기판.
4. 제1항에 있어서,
   상기 도전성 패턴은,
   제1 방향으로 연장된 제1 부분,
   상기 제1 부분으로부터 연장되고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 제2 부분, 및
   상기 제2 부분으로부터 연장되고, 상기 제2 방향과 교차하는 방향으로 연장된 제3 부분을 포함하되,
   상기 베이스 기판의 상면은 상기 제1 부분과 상기 제3 부분의 사이의 이격 공간을 통해 적어도 부분적으로 노출되는 도전성 패턴 기판.
5. 제1항에 있어서,
   상기 도전성 패턴은, 상호 이격되어 비도통 상태인 제1 도전성 패턴 및 제2 도전성 패턴을 포함하고,
   상기 제1 도전성 패턴은,
   제1 방향으로 연장된 제1 부분,
   상기 제1 부분으로부터 연장되고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 제2 부분, 및
   상기 제2 부분으로부터 연장되고, 상기 제2 방향과 교차하는 방향으로 연장된 제3 부분을 포함하고,
   상기 제2 도전성 패턴은,
   상기 제1 방향으로 연장된 제1 부분,
   상기 제1 부분으로부터 연장되고, 상기 제2 방향으로 연장된 제2 부분, 및
   상기 제2 부분으로부터 연장되고, 상기 제2 방향과 교차하는 방향으로 연장된 제3 부분을 포함하는 도전성 패턴 기판.
6. 제5항에 있어서,
   평면 시점에서, 상기 제1 도전성 패턴의 제1 부분은, 상기 제2 도전성 패턴의 제1 부분과 제3 부분 사이에 위치하고,
   평면 시점에서, 상기 제1 도전성 패턴의 제3 부분은, 상기 제1 도전성 패턴의 제1 부분과 상기 제2 도전성 패턴의 제3 부분 사이에 위치하고,
   상기 제1 도전성 패턴의 제1 부분과 상기 제1 도전성 패턴의 제3 부분 사이에는 액체 금속-산화막 입자가 충진되어 상기 베이스 기판을 커버하고,
   상기 베이스 기판의 상면은, 상기 제1 도전성 패턴의 제1 부분과 상기 제2 도전성 패턴의 제1 부분 사이의 이격 공간을 통해 노출되고,
   상기 베이스 기판의 상면은, 상기 제1 도전성 패턴의 제3 부분과 상기 제2 도전성 패턴의 제3 부분 사이의 이격 공간을 통해 노출되는 도전성 패턴 기판.
7. 제6항에 있어서,
   상기 도전성 패턴 상에 배치되고, 상기 제1 도전성 패턴과 상기 제2 도전성 패턴 사이의 이격 공간과 중첩하지 않도록 배치된 제1 보호층; 및
   상기 제1 보호층 상에 배치되고, 상기 제1 도전성 패턴 및 상기 제2 도전성 패턴 사이의 이격 공간과 중첩하며, 상기 제1 도전성 패턴, 상기 제2 도전성 패턴, 상기 베이스 기판 및 상기 제1 보호층과 맞닿아 배치되는 제2 보호층을 더 포함하는 도전성 패턴 기판.
8. 베이스 기판 상에 금속 나노입자를 도포하는 단계;
   팁을 이용하여 도전성 패턴을 형성하는 단계로서, 상기 팁으로 상기 금속 나노입자를 부분적으로 가압하여 상기 금속 나노입자의 일부를 액체화시키고, 상기 액체화된 부분이 도전성을 갖는 도전성 패턴을 형성하는 단계; 및
   액체화되지 않은 잔여 금속 나노입자를 제거하는 단계를 포함하는 도전성 패턴 기판의 제조 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 금속 나노입자는 표면의 산화막에 의해 내부의 액체 금속이 캡슐레이션된 액체금속-산화막 나노입자이고,
   상기 금속 나노입자의 평균 입도는 100nm 내지 300nm인 도전성 패턴 기판의 제조 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 잔여 금속 나노입자를 제거하는 단계에서, 상기 베이스 기판의 표면은 적어도 부분적으로 노출되는 도전성 패턴 기판의 제조 방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 도전성 패턴을 형성하는 단계와 상기 잔여 금속 나노입자를 제거하는 단계 사이에,
    액체화되지 않은 잔여 금속 나노입자들 중 일부와 중첩하고, 액체화되지 않은 잔여 금속 나노입자들 중 나머지 일부와 중첩하지 않도록 배치되는 제1 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 잔여 금속 나노입자를 제거하는 단계에서, 상기 제1 보호층과 중첩하는 금속 나노입자는 제거되지 않고, 상기 제1 보호층과 중첩하지 않는 금속 나노입자는 제거되는, 도전성 패턴 기판의 제조 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 잔여 금속 나노입자를 제거하는 단계 후에, 상기 도전성 패턴, 상기 베이스 기판 및 상기 제1 보호층과 맞닿는 제2 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는 도전성 패턴 기판의 제조 방법.
13. (a) 알코올 용액에 액체 금속 및 100nm 내지 400nm의 평균 입도를 갖는 금속 입자를 투입하는 단계; 및
    (b) 상기 알코올 용액, 상기 액체 금속 및 상기 금속 입자를 포함하는 혼합물혼합물을 초음파 처리하여, 표면에 산화막이 형성되어 액체 금속이 캡슐레이션된 액체 금속-산화막 입자를 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 단계 (a) 및 상기 단계 (b)를 포함하는 방법을 통해 형성된 액체 금속-산화막 입자는, 100nm 내지 300nm의 크기를 갖는 액체 금속-산화막 입자를 포함하는, 액체 금속의 입자화 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 금속 입자는, 상기 액체 금속-산화막 입자의 입도 조절에 기여하는, 액체 금속의 입자화 방법.

Images